Den pH-Wert richtig messen

In dem immer größer werdenden Segment der Wasserlacke ist der pH-Wert eine wichtige Kenngröße und muss regelmäßig überwachtwerden. Auch in der Lackverarbeitung empfiehlt es sich, den pH-Wert als Einflussgröße z.B. auf die Viskosität und das rheologischeVerhalten des Lacks zu überwachen. Der pH-Wert ist ein Maß für die Wasserstoffionenkonzentration. Gemessen wird im Grundedas elektrochemische Potential der zu messenden Flüssigkeit, indem man sie mit dem elektrochemischen Potential einer Pufferlösungvergleicht. Hierzu stellt man beide Flüssigkeiten an einer Glasmem­brankugel gegenüber. Abhängig vom pH-Wert der zu messendenFlüssigkeit lagern sich an der Membranaußenseite entsprechend viele Wasserstoffionen an. Es entsteht eine Oberflächenladung,die sich von der Oberflächenladung der Mem­braninnenseite unterscheidet. Die Oberflächenladung an der Membraninnenseitewird durch die Pufferlösung bestimmt. Das dadurch entstandene elektrische Potential wird mit dem elektrischen Potentialder Referenzelektrode verglichen, indem die Potentialdifferenz, also die Spannung gemessen wird. Da das elektrische Potentialder Referenzelektrode immer konstant ist, kann aus dieser Spannung der pH-Wert abgeleitet werden. Apparativ resultiert darausalso ein Spannungsmesskreis, in dem die Innenseite der Glasmem­bran über die Messelektrode und die Außenseite der Glasmembranüber die Referenzelektrode und das Diaphragma in elektrischem Kontakt stehen. Moderne pH-Meter haben diese beiden Elektrodenals sogenannte pH-Einstabsmesskette in einer Sonde kombiniert.

Die Rahmenbedingen beachten und einhalten

Bei Glaselektroden gibt es viele Varianten, die je nach Anwendung gewählt werden sollten, da sie verschiedene Vor- und Nachteilemit sich bringen. Dies betrifft insbesondere das Referenzsystem, das Membran-glas und das Diaphragma. Vor der Anschaffungsollten Anwender dringend bedenken, in welchem Rahmen der pH-Wert gemessen werden soll. Wichtig für die Auswahl sind unteranderem der pH- und Temperaturbereich sowie die chemische Zusammensetzung der zu messenden Flüssigkeit. Speziell für dieMessung von Wasserlacken hat sich als Referenzsystem die Silber-Silberchlorid-Elektrode in Kaliumchlorid-Elektrolyt alsgeeignet erwiesen. Kalomel-Elektroden werden aufgrund ihrer Giftigkeit nicht mehr eingesetzt. Die Art des Glases ist aufgrundder milden Messbereiche mit Universal-Glas völlig ausreichend. Beim Diaphragma sollte aufgrund der geringeren Anfälligkeitfür Verschmutzungen bzw. Anhaftungen von Lackresten ein Ringspalt- oder PTFE-Diaphragma gewählt werden.

FÜNF PRAKTISCHE TIPPS ZUR PH-WERT-MESSUNG

1. Die Kalibrierung immer mit zwei Pufferlösungen durchführen, die mindestens 2 pH-Einheiten auseinanderliegen und den Messbereich, in dem Sie messen, umschließen.
2. Kontrollieren Sie die Genauigkeit Ihrer Kalibrierung über die Abweichung der Steilheit vom theoretischen Wert (≥ 95%)!
3. Die Messtemperatur muss kontrolliert und dokumentiert werden. Bei der Dokumentation des pH-Werts gehört immer auch die Angabe der Temperatur während der Messung dazu.
4. Glaselektroden immer sauber halten und nach Gebrauch mit vollentsalztem Wasser spülen!
5. Für die Kalibrierung nur Pufferlösungen verwenden, die nach der DIN 19266 hergestellt wurden. Nur in kleinen Teilmengen der Pufferlösungen kalibrieren!

Einflussgrößen kennen

Entscheidend ist darüber hinaus die richtige Pflege und Vorbereitung der Elektrode, um gleichbleibend genaue Messwerte zuerhalten. Bevor gemessen werden kann, sollte mindestens einmal täglich das pH-Meter kalibriert werden. Ein zweiter Einflussfaktorauf das Messergebnis ist die Temperatur, da die Aktivität der Wasserstoffionen temperaturabhängig ist. Das heißt, dass beigleichem pH-Wert aber unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Spannungen gemessen werden. Ebenso wie die Kalibrierungvor der Messung ist es wichtig, nach der Messung die Elektrode vor Austrocknung und Kontamination zu schützen. Damit dieWasserstoffionen sich an der Glasmembran anlagern können, muss an dieser eine wässrige Quellschicht vorhanden sein. Durchfalsche bzw. trockene Lagerung verflüchtigt sich diese Quellschicht und das Glas kann schlimmstenfalls rissig und unbrauchbarwerden. Deshalb sollte die Elektrode immer in dem Elektrolyt lagern, das auch als Basis für das Referenzelektrolyt dient.

Mit der Videoreihe “Prüfungen auf dem Prüfstand” haben die Europäische Gesellschaft für Lackiertechnik e.V. (EGL), die DeutscheForschungsgesellschaft für Oberflächenbehandlung (DFO) und die Redaktion BESSER LACKIEREN gemeinsam eine Qualitäts­offensivein der Lackiertechnik gestartet, die kontinuierlich fortgesetzt wird. Mit den Lehrvideos zu verschiedenen Prüfverfahrensollen nicht nur Anwender von Prüfmethoden und Auszubildende angesprochen werden, auch Mitarbeiter im Qualitätsmanagementund alle, die Prüfungen festlegen bzw. in Spezifikationen aufnehmen, sollen fachliche Impulse erhalten. Denn in der Praxiswerden viele Prüfungen, häufig über Jahrzehnte, schlichtweg falsch durchgeführt. Und es lohnt sich zu hinterfragen, ob alleindividuellen Haustests in der Form sinnvoll sind. Als Akteure erhoffen sich Projektkreis und Redaktion, einen wertvollenBeitrag zur generellen Aufklärung in der Anwendung sowie der Effektivitätssteigerung von Prüfverfahren und -geräten zu leisten. Das Video “Den pH-Wert richtig messen” finden Sie auf  Homepages der EGL und der DFO und hier sowie auf Youtube imKanal “Prüfungen auf dem Prüfstand“.

DFO e.V., Neuss, David Hoffmann, Tel. +49 2131 40811-12,hoffmann@dfo-online.de,www.dfo.info; Vincentz Network, Hannover, Redaktion besser lackieren., Marko Schmidt, Tel. +49 511 9910-321,marko.schmidt@vincentz.net,www.besserlackieren.de